[发明专利]线粒体定位质子泵型视紫红质、其突变蛋白及其应用

说明书

本发明提供了一种线粒体定位质子泵型视紫红质、其突变蛋白及其应用，具体地，本发明提供一种嵌合蛋白，所述嵌合蛋白为GPR蛋白突变体，并且本发明还提供了一种突变型嵌合蛋白，本发明的嵌合蛋白和突变型嵌合蛋白均具有(i)促进线粒体定位；(ii)促进质子泵活性；(iii)治疗神经退行性疾病；和/或(iv)降低多巴胺神经元的退化的特性。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，本发明涉及线粒体定位质子泵型视紫红质、其突变蛋白及其应用。

背景技术

视紫红质蛋白(rhodospin)是存在于自然界中含量丰富的感光蛋白，从古细菌到高等哺乳动物都有分布。视紫红质蛋白在结构上非常相似，都由7次跨膜α螺旋(A-G)构成，N末端在胞外，C末端在胞质侧。在第7段跨膜螺旋(helix G)上有保守的赖氨酸残基，与视黄醛分子共价结合。视黄醛是视紫红质的辅基，对视紫红质的感光功能起关键作用。

视紫红质蛋白按其来源可以分为两大超家族，I型和II型。I型视紫红质来源于微生物，这一类视紫红质包括：光驱动的离子泵(bact eriorhodopsin,halorhodopsin,proteorhodopsin,xanthorhodopsin)、光激活的离子通道(channelrhodopsin)及感光受体蛋白(sensory rhodopsin)。光驱动的离子泵可以利用光能，使H⁺、Cl^-或Na⁺逆浓度梯度运输。光激活的离子通道在光照下，通道开放，引起离子顺电化学梯度跨膜运输。感光蛋白在特定波长的光照下，能引起细菌的趋光或避光运动，或启动特定基因的转录。利用不同的菌视紫红质离子泵或离子通道的特性，结合遗传学手段导入神经细胞，实现对某一特定细胞类群的去极化或超极化，对神经回路的阐明、神经及心理疾病的治疗都具有重要作用。将菌视紫红质导入非兴奋性细胞，能够影响细胞的生理活动。Adams等在爪蟾中表达质子泵型视紫红质Archaerhodopsin 3，将爪蟾尾部损伤处理后，利用光照损伤区域使细胞膜超极化能够促使组织再生。在癌症及先天性缺陷等病理过程常伴有离子流动的异常，而目前缺乏利用菌视紫红质对这一类非兴奋性细胞的研究。

ATP(三磷酸腺苷)作为细胞中的能量货币，参与各种细胞生理活动，如神经元动作电位的产生及静息电位的维持，肌细胞的收缩及蛋白的合成。哺乳动物细胞主要依赖氧化磷酸化产生足够的ATP供细胞的生理活动。当细胞能量缺乏(energy failure)时，细胞不能产生足够的ATP来维持细胞功能及应对胁迫。在许多疾病中都可以观察到线粒体功能的缺陷引起供能下降，从而引发细胞发生凋亡或其它细胞死亡途径，最终导致细胞功能受损，。

质子泵型菌视紫红质(Proton-pumping microbial rhodopsins，PPRs)在光照射下，能够进行质子的定向运输，产生跨膜pH梯度，从而驱动ATP合成或驱动物质的二级主动转运。

微生物视紫红质在1970年代在盐湖中被发现以后，很长一段时间被认为这些视紫红质需要在极高的盐浓度中才能发挥作用，而在动物细胞中可能不会有功能，因此限制了对菌型视紫红质的应用。

因此，本领域需要对微生物视紫红质进行更多的研究和改造，以获得具有线粒体定位和更优异的质子泵活性的视紫红质及其突变蛋白。

发明内容

本发明提供了一种具有线粒体定位和更优异的质子泵活性的视紫红质及其突变蛋白。

本发明的第一方面提供了一种嵌合蛋白，所述嵌合蛋白为GPR蛋白突变体，所述GPR突变体在野生型的GPR蛋白的对应于登录号为AF349993_1的选自下组的一个或多个跨膜区发生替换：

4-5号跨膜区；和/或

4-6号跨膜区；和/或

1-2号跨膜区。